OBJETIVOS
- Observar el efecto del aumento de la temperatura sobre el volumen de un gas confinado en un recipiente, deduciendo la relación grafica temperatura absoluta-volumen a partir de los datos obtenidos.
- Adquirir la habilidad de observar, analizar y deducción de la temperatura, en condiciones de presión constante. Encontrando que cuando una muestra de gas se caliente, su volumen aumenta.
- Conocer y poner en practica la teoría de los gases ideales y las leyes de los mismos
- Estudiar las propiedades de los gases ideales comprendiendo la ecuación de estado de un gas ideal

FUNDAMENTO TEÓRICO

Los gases
Según el diagrama de fases, la mayor parte de los elementos químicos y las sustancias pueden existir en tres estados, esto es: sólido, líquido y gaseoso. Y cada uno de nosotros puede muy fácilmente determinar esos estados solo observando el comportamiento cuando nos enfrentamos a una sustancia. Cada uno de los estados, ha sido estudiado durante años por los hombres de ciencia, con el objetivo de determinar las leyes físicas, que puedan predecir su comportamiento con el cambio de las circunstancias que lo rodean. En este caso nos ocuparemos de los gases.

Empezaremos por definir que es un gas.
El gas: La definición de un gas puede ser muy simple y reducirse solo a decir:
'Un gas es una sustancia cuyo volumen es igual al volumen del recipiente que lo contiene'.
El gas ideal: Para definir un patrón de gas que sirva para establecer reglas de comportamiento se crea el concepto de gas ideal, este gas ideal cumplelas condiciones siguientes:
Ocupa el volumen del recipiente que lo contiene. Está formado por moléculas. Estas moléculas se mueven individualmente y al azar en todas direcciones. La interacción entre las moléculas se reduce solo a su choque. Los choques entre las moléculas son completamente elásticos (no hay pérdidas de energía). Los choque son instantáneos (el tiempo durante el choque es cero). Los gases reales, siempre que no estén sometidos a condiciones extremas de presión y temperatura, cumplirán muy aproximadamente las reglas establecidas para los gases ideales.
Las leyes de los gases ideales
Se han desarrollado leyes empíricas que relacionan las principales variables de un gas en base a las experiencias de laboratorio realizadas. En los gases ideales, estas variables incluyen la presión (p), el volumen (V) y la temperatura (T). La ecuación que describe normalmente la relación entre la presión, el volumen, la temperatura y la cantidad (en moles) de un gas ideal es


Dentro de las leyes de los gases encontramos:
. La ley de Boyle – Mariotte
. La ley de Gay-Lussac
. La Ley de Charles y Gay-Lussac, o simplemente Ley de Charles, es una de las leyes de los gases ideales. Relaciona el volumen y la temperatura de una cierta cantidad de gas ideal, mantenido a una presión constante, mediante una constante de proporcionalidad directa. En esta ley, Jacques Charles dice que para una cierta cantidad de gas a una presión constante, al aumentar la temperatura, el volumen del gas aumenta y al disminuir la temperatura el volumendel gas disminuye. Esto se debe a que la temperatura está directamente relacionada con la energía cinética (debido al movimiento) de las moléculas del gas. Así que, para cierta cantidad de gas a una presión dada, a mayor velocidad de las moléculas (temperatura), mayor volumen del gas. La ley fue publicada primero por Gay Lussac en 1875, pero hacía referencia al trabajo no publicado de Jacques Charles, de alrededor de 1787, lo que condujo a que la ley sea usualmente atribuida a Charles. La relación había sido anticipada anteriormente en los trabajos de Guillaume Amontons en 1702. Por otro lado, Gay-Lussac relacionó la presión y la temperatura como magnitudes directamente proporcionales en la llamada 'La segunda ley de Gay-Lussac'.
Volumen sobre temperatura: grados kelvin

Dónde
 V es el volumen.
 T es la temperatura absoluta (es decir, medida en Kelvin).
 k es la constante de proporcionalidad.
Además puede expresarse como

Dónde:
= Volumen inicial
= Temperatura inicial
= Volumen final
= Temperatura final

Despejando T1 se obtiene:

Despejando T2 se obtiene:

Despejando V1 es igual a:

Despejando V2 se obtiene:

Un buen experimento para demostrar esta ley es el de calentar una lata con un poco de agua, al hervir el agua se sumerge en agua fría y su volumen cambia.


DATOS EXPERIMENTALES

Lectura Temperatura Volumen de Aire de la probeta
sC
1 19sC 32 ml
2 88sC 33 ml
3 95sC 34 ml
4 120sC 35 ml
5 140sC 37 ml


CÁLCULOS

K= ° C + 273

Lectura Temperatura Volumen de Aire de laprobeta
sC sK
1 19sC K= 19° C + 273 = 292 K 32 ml
2 88sC K= 88° C + 273 = 361 K 33 ml
3 95sC K= 95° C + 273 = 368 K 34 ml
4 120sC K= 120° C + 273 = 393 K 35 ml
5 140sC K= 140° C + 273 = 413 K 37 ml


RESULTADOS

Cero Absoluto
0 ° C (273 K)
T1 = 292
T2 = 273 V2= V1 * T2 V2 = 32 ml * 273 K V2= 29, 91 ml
V1 = 32 ml T1 292 K
V2 =?
A 0 ° C el volumen de la probeta es de 29 ml Aprox.


GRÁFICAS







ANALISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS

En primera medida la práctica no se realizó con todas las especificaciones de la guía, ya que no contábamos con los materiales requeridos (mechero, reemplazado con plancha eléctrica compartida con dos grupos más), en lugar de agua se utilizó aceite de almendras. La práctica de laboratorio se pudo observar en los resultados que eran en general proporcionales, en el primer resultado respecto al segundo y tercero en la temperatura nos dimos cuenta que varía mucho el primero respecto al segundo, este dato tan diferente a los otros; lo asumimos que cuando se realizó la lectura de la temperatura por primera vez no había llegado a la temperatura requerida para moverse en función al volumen proporcional que nos dio dentro de la probeta, pero los datos obtenidos en el experimento que se describe en la práctica, ilustran que cuando se graficaron como el volumen total de gas vs la temperatura. La gráfica resultante es lineal (aunque existió unadiferencia entre el valor de la primera lectura respecto a la segunda, pero cabe anotar que a partir de la segunda existió una similitud en las temperaturas leídas), lo que significa que el volumen de gas es proporcional a su temperatura absoluta, a presión constante. La pendiente de la línea corresponde al coeficiente de expansión térmica del gas.


CUESTIONARIO

1. sPor qué no se cumple la ley de Charles si la temperatura se expresa en °C?


Sí, se cumple la ley de charles porque por cada grado Celsius que aumente el gas, su
volumen aumenta en 1/273partes. Esta ley antes que apareciera la escala absoluta no
era válida pero al aparecer esta escala logra cumplir la ley de Charles enunciada por el
mismo
2. sExiste el estado gaseoso en cero absoluto? Explique su respuesta

No, porque cuando los electrones ya no están atrapados en sus órbitas alrededor del núcleo, tenemos el estado de plasma. Esto es cuando un gas se convierte en un montón de electrones que se han escapado de la fuerza del núcleo y los iones que están cargados positivamente porque han perdido uno o más electrones.

3. sCuál es la temperatura de ebullición del agua en su laboratorio (a nivel del mar es 100 °C)? si le da diferente a 100 °C, a que se debe?

Se dice que la temperatura normal de ebullición del agua es de 100° C, en el caso de los líquidos, la temperatura de ebullición se ve afectada por los cambios en la presión atmosférica debidos a las variaciones en la altura. A medida que un sitiose encuentra más elevado sobre el nivel del mar, la temperatura de ebullición se hace menor.
Factores de corrección del punto de ebullición por cambios en la presión
Variación en T por p = 10 mm Hg
T normal (°C) Líquidos no polares Líquidos polares
50 0.380 0.320
60 0.392 0.330
70 0.404 0.340
80 0.416 0.350
90 0.428 0.360
100 0.440 0.370
110 0.452 0.380
120 0.464 0.390
130 0.476 0.400

Para Bogotá: p = 760 torr – 560 torr = 200 torr = 200 mm Hg
Fc = 200 mm Hg x 0.370 °C/10 mm Hg = 7.4 °C
Te = 100 °C – 7.4 °C = 92.6 °C
























CONCLUSIONES

 A partir de la práctica de laboratorio y aplicando la ley de Charles nos dimos cuenta que es una ley que experimentalmente aplico según su enunciado ya que comprueba que el volumen de un gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta, asumiendo que la presión se mantiene constante.
˜ Si un sistema se mantiene a presión constante, el aumento de temperatura conlleva a un aumento de volumen.
 El comportamiento de un gas con respecto a la temperatura es lineal
 En esta práctica como sólo se requería demostrar la ley de charles en un gas, lo que se utilizo fue aceite de almendras en la cual se dice que para que se evapore, se necesita brindarle más energía, la cual fue por medio del calor brindado por una plancha eléctrica.
˜ Para poder expresar la ley de charles se debe hacer en la escala de kelvin o del cero absoluto
 El punto de ebullición varía de acuerdo a la presión atmosférica